模块化控制架构消除约束

控制架构在过去40年几乎没有改变。然而，处理能力、网络技术和软件的进步将在不久的将来通过改变控制器的实现方式和现场接口，为终端用户带来更大的价值。ARC咨询集团相信，这些新的控制器架构，支持我们不断发展的协同过程自动化系统(CPAS)愿景，将提高简单性、灵活性和效率。

除少数例外情况外，进程(DCS)或离散(PLC)控制系统的基本架构由一组逻辑连接或分配到专用硬件中的单个控制处理器的I/O卡组成。这是自40多年前首次引入数字控制器以来的普遍情况。初始控制系统包括一个卡架，其中本地实时控制处理器与一组直接耦合到同一背板的I/O通信。

随着网络技术的高级，系统开始采用架构，其中单个控制处理器可能支持通过专有，确定性协议连接的I / O的多个卡机架。今天仍然广泛采用，这种主要的建筑方法是有效的，但潜在的浪费。

一般而言，每个控制处理器都受三个主要参数的限制：控制器以及时处理I / O扫描，诊断和程序执行的能力;存储代码，I / O映射和程序变量的能力;并且能够使用I / O和2级网络处理数据传输。这通常会导致浪费潜力。

应用程序可能会达到单个控制器所支持的I/O数量的限制，但是控制器可能能够支持比应用程序需要的更多的逻辑处理。这意味着用户可能已经为不需要或不能正确使用的处理支付了费用。另外，逻辑密集型应用程序(如某些批处理应用程序)减少了控制处理器可以支持的I/O数量。如果应用程序需要高可用性，则所需的额外硬件和软件会加大浪费。

对于远程I/O应用程序，用户可能需要将多个位于同一位置的I/O机架分配给不同的控制处理器。或者，用户可以选择让所有字段数据通过一个处理器，并将这些值(或其他相关字段数据)传递给具有可用处理能力的另一个控制器。

控制器和I/O接口

与大多数当前的架构不同，新方法将拥有一个由所有控制器和所有现场设备共享的公共I/O网络。该网络将支持确定性通信标准，并允许任何控制器对任何现场设备进行寻址。它甚至允许多个控制器和/或其他应用程序访问相同的数据，而不需要中介，并允许现场设备之间的点对点通信。I/O网络将支持传统(模拟)和智能(数字)现场设备。由于这样的网络将支持点对点通信，一些应用程序将在现场级别实现。

通过此前专用I / O和控制器的解耦，最终用户可以在没有控制器的约束的情况下为每个物理区域购买适量的I / O量。控制器不太可能有未使用的处理和/或未使用的I / O连接。需要解决的详细信息包括网络连接的数量I / O设备或控制器可以处理，网络效率，速度障碍以及如何迁移现有用户。然而，弧度不相信这些是不可逾越的挑战。

云中的控制

在IT世界中使用的云，对于大多数2级控制应用程序来说，还不够确定、可用或速度不够快，尽管将来可能会这样。然而，解耦的体系结构将支持“本地云”或虚拟化控制平台，就像今天的虚拟化IT环境一样。该体系结构能够满足确定性、可用性和响应速度的要求。

在这种情况下，ARC设想一组硬件承载多个实时控制实例，或者承载一个随应用程序增长的单一控制实体。硬件将运行一个实时虚拟化平台，类似于相应的IT平台，并可以分散在整个设施中。该平台将确保虚拟控制器实例之间以及控制器实例和I/O之间的实时通信。以类似于IT虚拟化的方式，该平台还将处理负载平衡和故障模式恢复。

托管的控制器实例将以与当前控制器实现类似的实时方式运行，每个实例运行类似的执行环境到今天的等价物。从用户角度来看，这些控制器接口的接口可能几乎相同。由于控制器的纯粹软件性质，它们可以类似于任何其他虚拟化软件平台的许可，几乎快速地“旋转”，并且可以使用类似于当前IT虚拟化工具的工具来管理虚拟化实例。

马克·森·古普塔msengupta@arcweb.com的高级顾问弧咨询组．他拥有超过24年的过程控制、SCADA和IT应用专业知识，任职于Mobay、Honeywell、Plant Automation Services (PAS)、CygNet Software和Invensys等公司。他拥有乔治亚理工学院的电气工程学士和硕士学位。